氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理對(duì)解除休眠水曲柳種子低溫脫水萌發(fā)的影響

張 鵬 趙彤彤 李明月 吳靈東 沈海龍

(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 哈爾濱 150040)

氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理對(duì)解除休眠水曲柳種子低溫脫水萌發(fā)的影響

張 鵬 趙彤彤 李明月 吳靈東 沈海龍

(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 哈爾濱 150040)

【目的】 比較氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理對(duì)解除休眠水曲柳種子低溫脫水萌發(fā)的影響，并探索在不同預(yù)處理?xiàng)l件下脫水過程中種子內(nèi)部的生理變化，為揭示種子脫水耐性調(diào)控的生理機(jī)制提供參考依據(jù)?！痉椒ā?以解除休眠的水曲柳種子為材料，利用不同濃度(10-2，10-3，10-4，10-5mol·L-1)的氯化鈣溶液、不同濃度(10-3，10-4，10-5，10-6mol·L-1)的ABA溶液或不同質(zhì)量濃度(1，10，50，100 g·L-1)的蔗糖溶液浸泡種子24 h，以蒸餾水浸泡種子24 h為對(duì)照，比較不同處理種子在低溫(5 ℃)條件下干燥脫水后的萌發(fā)能力，確定幾種預(yù)處理措施對(duì)種子低溫脫水萌發(fā)的影響。再依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，分別選擇出提高種子萌發(fā)能力最有效的處理濃度： 氯化鈣10-3mol·L-1、ABA 10-6mol·L-1、蔗糖100 g·L-1，以經(jīng)上述溶液預(yù)處理24 h后低溫脫水的種子為材料，以蒸餾水浸泡24 h后低溫脫水種子為對(duì)照，進(jìn)行種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率、種子抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量測(cè)定，分析不同預(yù)處理措施對(duì)種子細(xì)胞膜透性、抗氧化系統(tǒng)酶活性和貯藏物質(zhì)代謝的影響?！窘Y(jié)果】 10-3mol·L-1氯化鈣或10-6mol·L-1ABA預(yù)處理可顯著提高種子在低溫(5 ℃)下脫水后的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，縮短發(fā)芽時(shí)間； 100 g·L-1的蔗糖預(yù)處理可顯著提高種子在低溫(5 ℃)下脫水后的發(fā)芽率，但在提高發(fā)芽指數(shù)和縮短發(fā)芽時(shí)間上并沒有明顯效果。10-3mol·L-1氯化鈣預(yù)處理的種子，胚中SOD活性在低溫脫水后顯著提高，種子相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著降低； 10-6mol·L-1ABA預(yù)處理的種子，低溫脫水后胚中POD活性明顯提高，種子相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著降低； 100 g·L-1蔗糖預(yù)處理的種子，低溫脫水后胚中SOD和POD活性均顯著提高，種子相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著降低。氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理，顯著降低了種子胚和胚乳中可溶性蛋白的含量，顯著提高了胚中可溶性糖的含量?！窘Y(jié)論】 適宜濃度的氯化鈣(10-3mol·L-1)、ABA(10-6mol·L-1)和蔗糖(100 g·L-1)預(yù)處理(尤其是氯化鈣或ABA預(yù)處理)能夠提高水曲柳種子低溫脫水后的萌發(fā)能力。氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理，會(huì)顯著提高低溫脫水條件下種子胚中的抗氧化系統(tǒng)酶活性，更好地維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，降低細(xì)胞的離子外滲和MDA含量。但不同預(yù)處理種子胚中的抗氧化酶活性表現(xiàn)不同，氯化鈣預(yù)處理提高胚中SOD活性的作用更明顯，ABA預(yù)處理提高胚中POD活性的作用更明顯，而蔗糖預(yù)處理則同時(shí)提高胚中的SOD和POD活性。氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理后低溫脫水過程中種子胚中可溶性糖含量顯著增加，這可能是種子低溫條件下脫水保護(hù)功能提高的原因之一。

氯化鈣； ABA； 蔗糖； 脫水耐性； 種子萌發(fā)能力； 細(xì)胞膜透性； 抗氧化酶活性

水曲柳(Fraxinusmandshurica)是東北林區(qū)重要的用材樹種，由于其種子具有形態(tài)生理休眠特性，需要分別經(jīng)過暖溫和冷濕層積處理才能萌發(fā)(凌世瑜等， 1983)，給播種育苗造成了一定困難。打破水曲柳種子休眠的傳統(tǒng)方法有越冬埋藏、隔年埋藏等，但傳統(tǒng)的打破休眠的方法處理需時(shí)長，易造成水曲柳種子的霉?fàn)€、提前萌發(fā)等問題。如果將經(jīng)過催芽解除休眠的水曲柳種子進(jìn)行再干燥貯藏，便可以隨時(shí)提供非休眠種子而不需要苗圃工作者再進(jìn)行催芽處理。這樣可以使有條件的(如容器育苗)苗圃在一年中的任何時(shí)候進(jìn)行播種育苗，不再受種子休眠造成的季節(jié)性限制，也可以避免因?yàn)椴シN時(shí)間延誤而影響種子的播種品質(zhì)和苗木質(zhì)量。有研究發(fā)現(xiàn)，解除休眠的水曲柳種子在室溫條件下進(jìn)行再干燥后貯藏是可行的，但在較低溫度(5 ℃)條件下再干燥后種子萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)顯著下降，平均發(fā)芽時(shí)間明顯延長，低溫脫水過程中種子脫水耐性發(fā)生變化，導(dǎo)致種子萌發(fā)能力下降(吳靈東， 2012； 吳靈東等， 2012)。

種子在脫水過程中受到一些保護(hù)性物質(zhì)的影響，進(jìn)而減少脫水傷害。LEA蛋白、油素蛋白、親水脂分子以及糖都屬于脫水傷害的保護(hù)性物質(zhì)(Kranneretal.， 2005)； 蔗糖、寡糖和半乳糖苷環(huán)多醇等糖類物質(zhì)在種子發(fā)育到成熟過程中不斷積累，這些糖類物質(zhì)在種子脫水過程中起保護(hù)作用。還有一些研究認(rèn)為氯化鈣(Songetal.， 2002)、ABA(Ingrametal.， 1996)等物質(zhì)在種子脫水過程中也起到了一定的保護(hù)作用。但是，以往關(guān)于水曲柳種子休眠與萌發(fā)研究中，并沒有涉及氯化鈣、ABA和蔗糖處理提高種子萌發(fā)能力的報(bào)道，尤其是這些預(yù)處理措施在提高種子低溫脫水后的萌發(fā)能力上是否有作用也沒有研究。綜上所述，結(jié)合水曲柳種子低溫脫水干燥后萌發(fā)能力下降的現(xiàn)象，本文提出假設(shè)： 適宜濃度的糖、氯化鈣和ABA等脫水保護(hù)物質(zhì)預(yù)處理能夠提高水曲柳種子低溫脫水后的萌發(fā)能力。為驗(yàn)證這一假設(shè)并探究其內(nèi)在的生理機(jī)制，以水曲柳解除休眠種子為材料，研究不同濃度氯化鈣、ABA、蔗糖溶液預(yù)處理對(duì)種子在低溫(5 ℃)下脫水后萌發(fā)的影響，并研究在此過程中種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率、抗氧化酶系統(tǒng)活性以及貯藏物質(zhì)的變化，旨在為解除休眠水曲柳種子的干燥貯藏提供理論和技術(shù)依據(jù)，并揭示種子脫水耐性調(diào)控的生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用種子采自黑龍江省帶嶺林業(yè)科學(xué)研究所水曲柳種子園。種子經(jīng)過裸(無基質(zhì))層積處理，裸層積條件為： 先暖溫(18 ℃)3個(gè)月，再低溫(5 ℃)3個(gè)月(張鵬， 2008)。以層積處理結(jié)束后解除休眠的水曲柳種子為材料。

1.2 研究方法

1.2.1 低溫脫水前的預(yù)處理對(duì)種子脫水后萌發(fā)的影響 層積處理結(jié)束后，利用不同濃度(10-2，10-3，10-4，10-5mol·L-1)的氯化鈣溶液、不同濃度(10-3，10-4，10-5，10-6mol·L-1)的ABA溶液和不同質(zhì)量濃度(1，10，50，100 g·L-1)的蔗糖溶液浸泡種子，種子于室溫(20～23 ℃)下浸種24 h，以使用蒸餾水浸種24 h的種子作為對(duì)照。種子經(jīng)過不同預(yù)處理后在5 ℃條件下自然陰干脫水至種子相對(duì)含水量為10%以下(采用稱重法確定，約為90 h)時(shí)結(jié)束。脫水后立即進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2.2 不同預(yù)處理對(duì)種子細(xì)胞膜透性、抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響 根據(jù)上述不同預(yù)處理對(duì)水曲柳種子萌發(fā)影響的試驗(yàn)結(jié)果，分別選擇出提高種子萌發(fā)能力最有效的處理濃度(氯化鈣10-3mol·L-1、ABA 10-6mol·L-1、蔗糖100 g·L-1)，以經(jīng)過上述溶液預(yù)處理24 h后低溫脫水的種子為材料，以蒸餾水浸泡24 h后低溫脫水種子為對(duì)照，進(jìn)行種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率、種子抗氧化酶活性、丙二醛含量及可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量測(cè)定，以考查不同預(yù)處理措施對(duì)種子細(xì)胞膜透性、抗氧化系統(tǒng)酶活性和貯藏物質(zhì)代謝的影響。

1.2.3 種子發(fā)芽能力及生理指標(biāo)測(cè)定 發(fā)芽試驗(yàn)于種子脫水后立即進(jìn)行。在室溫(20～23 ℃)下，將不同處理的種子用冷水浸泡24 h，然后置于底部墊有2層濾紙的塑料培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中。培養(yǎng)皿放入人工氣候箱內(nèi)，種子在黑暗條件下培養(yǎng)，萌發(fā)條件采用日變溫(白天15 ℃ 8 h，夜間10 ℃16 h)，每種處理有4個(gè)培養(yǎng)皿(4次重復(fù))，每個(gè)培養(yǎng)皿中有50粒種子，每天觀察記錄種子發(fā)芽情況，以胚根突破種子并超過2 mm作為種子萌發(fā)的標(biāo)志。發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間的計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

中期制度改革方略：在已經(jīng)實(shí)施的共有產(chǎn)權(quán)、租賃房、集體土地建租賃房等新住房政策基礎(chǔ)上，筆者建議，優(yōu)化新時(shí)代上海市住房金融結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)制度，縮小按揭貸款占比，新增住房租賃貸款并且擴(kuò)大占比，從住房金融結(jié)構(gòu)優(yōu)化和制度完善上有效降低新時(shí)代上海市住房金融杠桿率。

(3)

式中：tg為發(fā)芽時(shí)間(d)，ng為與tg相對(duì)應(yīng)的每日發(fā)芽種子數(shù)。

細(xì)胞膜透性測(cè)定采用相對(duì)電導(dǎo)率法(宋松泉等， 2005)，略有改動(dòng)，取經(jīng)過不同處理脫水后的大小一致且無損傷的種子并剝?nèi)ス幔秒p蒸水沖洗3次，然后用濾紙將種子表面水分吸干。將各處理種子放于具塞玻璃試管中(每種處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20粒種子)，加5 mL去離子水浸泡(25 ℃下)，加水后立即測(cè)定浸泡液的電導(dǎo)率(初始值，R1)，加水浸泡12 h后再次測(cè)定浸泡液的電導(dǎo)率(種子外滲電導(dǎo)率，R2)。將連同種子在內(nèi)的浸泡液于100 ℃水浴中煮沸30 min后取出，待種子冷卻至室溫后立即測(cè)定浸泡液的電導(dǎo)率(R3)。用相對(duì)電導(dǎo)率表示電解質(zhì)滲漏率。計(jì)算公式為： 相對(duì)電導(dǎo)率(%)=(R2-R1)×100/(R3-R2)。

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法(高俊鳳， 2006)測(cè)定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定，可溶性糖及淀粉含量采用蒽酮試劑法(李合生， 2000)測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法(張志良， 1990)測(cè)定。取不同條件下干燥的種子，每種處理取種3份(即3次重復(fù))，用解剖刀將種胚和胚乳(帶種皮)分開，分別測(cè)定胚和胚乳(各取0.2 g)的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性及丙二醛、可溶性糖和可溶性蛋白含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的單因素或雙因素方差分析采用SPSS18.0軟件處理，多重比較方法使用Duncan法。發(fā)芽率和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)為百分?jǐn)?shù)，對(duì)其進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理對(duì)水曲柳種子低溫脫水后萌發(fā)的影響

2.1.1 氯化鈣溶液預(yù)處理對(duì)種子脫水后萌發(fā)的影響 氯化鈣溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽率影響不顯著(P>0.05)，經(jīng)濃度為10-3mol·L-1氯化鈣處理后的種子發(fā)芽率最高(表1)。氯化鈣溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽指數(shù)影響顯著(P<0.05)，除10-4mol·L-1氯化鈣處理與對(duì)照差異不顯著外，其他處理與對(duì)照差異均顯著，其中經(jīng)氯化鈣10-5mol·L-1處理的種子發(fā)芽指數(shù)最高(表1)。氯化鈣溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽時(shí)間影響極顯著(P<0.01)，濃度為10-5mol·L-1或10-3mol·L-1氯化鈣處理的種子平均發(fā)芽時(shí)間明顯較對(duì)照短(表1)。

2.1.2 ABA溶液預(yù)處理對(duì)種子脫水后萌發(fā)的影響 ABA溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽率影響顯著(P<0.05)，10-4mol·L-1ABA處理與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，可以顯著提高種子在5 ℃條件下脫水干燥后的發(fā)芽率(表2)。ABA溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽指數(shù)影響顯著(P<0.05)，濃度為10-3mol·L-1和10-5mol·L-1ABA處理與對(duì)照差異不顯著，10-4mol·L-1和10-6mol·L-1ABA溶液處理種子的發(fā)芽指數(shù)顯著高于對(duì)照(P<0.05)。ABA溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽時(shí)間影響極顯著(P<0.01)，10-6mol·L-1ABA溶液預(yù)處理的種子發(fā)芽時(shí)間比對(duì)照顯著縮短(約2天)(表2)。

2.1.3 蔗糖溶液預(yù)處理對(duì)種子脫水后萌發(fā)的影響 蔗糖溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽率影響顯著(P<0.05)，濃度100 g·L-1的蔗糖溶液預(yù)處理后的種子在5 ℃條件下脫水后萌發(fā)率顯著高于對(duì)照(表3)。蔗糖溶液預(yù)處理對(duì)水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽時(shí)間影響均不顯著(P>0.05)(表3)。

表1 不同濃度氯化鈣溶液預(yù)處理的水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的萌發(fā)能力①

①表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列不同小寫字母表示采用Duncan 法進(jìn)行多重比較差異顯著(P<0.05)。下同。The figures in the table are mean ± standard error. The different small letters in a column indicate significant difference at 0.05 level. The same below.

表2 不同濃度ABA溶液預(yù)處理的水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的萌發(fā)能力

2.2 不同預(yù)處理對(duì)水曲柳種子低溫脫水后細(xì)胞膜透性的影響

由圖1可見，種子經(jīng)不同預(yù)處理后，低溫(5 ℃)條件下干燥脫水后的相對(duì)電導(dǎo)率差異極顯著(P<0.01)，經(jīng)100 g·L-1的蔗糖、10-6mol·L-1ABA 或10-3mol·L-1氯化鈣溶液預(yù)處理后，種子相對(duì)電導(dǎo)率分別為5.39%、6.14%和8.17%，顯著低于對(duì)照種子電導(dǎo)率(10.49%)。多重比較結(jié)果(圖1)顯示，10-6mol·L-1ABA、10-3mol·L-1氯化鈣或100 g·L-1的蔗糖溶液預(yù)處理均顯著降低了種子低溫脫水后的電導(dǎo)率，且10-6mol·L-1ABA或100 g·L-1的蔗糖溶液預(yù)處理降低種子電導(dǎo)率的作用顯著強(qiáng)于10-3mol·L-1氯化鈣預(yù)處理。

表3 不同質(zhì)量濃度蔗糖溶液預(yù)處理的水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的萌發(fā)能力

圖1 氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理的水曲柳種子經(jīng)低溫脫水后的電導(dǎo)率Fig.1 The electrical conductivity of Fraxinus mandshurica seeds pretreated by ABA, CaCl2 and sucrose and then dehydrated at low temperature圖中垂直線表示標(biāo)準(zhǔn)誤差，不同小寫字母表示采用Duncan 法進(jìn)行多重比較差異顯著(P<0.05)。The vertical line represents the standard error, and the different small letters indicate significant difference at 0.05 level.

2.3 不同預(yù)處理對(duì)水曲柳種子低溫脫水后抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響

2.3.1 預(yù)處理對(duì)種子抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響 不同預(yù)處理的種子低溫脫水后胚和胚乳中SOD活性差異均極顯著(P<0.01)，但不同預(yù)處理對(duì)低溫脫水后種子胚和胚乳中SOD活性的影響趨勢(shì)不同(表4)。蔗糖預(yù)處理的種子，胚乳中SOD活性顯著低于其他處理，而胚中SOD活性卻顯著高于其他處理； 種子經(jīng)ABA預(yù)處理后，胚中SOD活性極低，顯著低于對(duì)照，但在胚乳中卻最高，顯著高于對(duì)照； 氯化鈣處理的種子則是胚與胚乳中SOD活性都顯著高于對(duì)照(表4)。

不同預(yù)處理的種子低溫脫水后胚乳中的POD活性差異不顯著(P>0.05)，但胚中的POD活性差異極顯著(P<0.01)(表4)。經(jīng)過蔗糖與ABA預(yù)處理的種子，其胚中的POD活性明顯高于氯化鈣處理和對(duì)照，氯化鈣處理與對(duì)照差異不顯著(表4)。

不同預(yù)處理的種子低溫脫水后胚和胚乳中CAT活性差異均不顯著(P>0.05)(表4)。

不同預(yù)處理極顯著(P<0.01)影響了種子低溫脫水后胚和胚乳中的MDA含量，但不同預(yù)處理對(duì)種子低溫脫水后胚和胚乳中的MDA含量影響規(guī)律不同(表4)。經(jīng)氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理的種子與對(duì)照相比，顯著降低了胚中MDA含量，而胚乳中MDA含量有所提高(表4)。

2.3.2 預(yù)處理對(duì)種子可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量的影響 不同預(yù)處理的種子低溫脫水后胚和胚乳中可溶性蛋白含量差異均極顯著(P<0.01)，經(jīng)氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理的種子與對(duì)照相比，顯著降低了胚和胚乳中可溶性蛋白的含量(表5)。

不同預(yù)處理的種子低溫脫水后胚乳中可溶性糖含量的差異不顯著(P>0.05)，但胚中可溶性糖含量差異極顯著(P<0.01)(表5)。經(jīng)氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理的種子與對(duì)照相比，顯著提高了胚中可溶性糖的含量(表5)。

不同預(yù)處理種子低溫脫水后胚和胚乳中的淀粉含量差異顯著(P<0.05)。經(jīng)蔗糖預(yù)處理的種子胚中淀粉含量最高，顯著高于氯化鈣或ABA預(yù)處理種子，但經(jīng)氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理的種子，與對(duì)照相比胚中淀粉含量差異均不顯著(表5)。經(jīng)氯化鈣或蔗糖預(yù)處理的種子與對(duì)照相比，顯著提高了胚乳中淀粉含量；經(jīng)ABA預(yù)處理的種子與對(duì)照相比，胚乳中淀粉含量有所提高，但差異不顯著(表5)。

表4 不同預(yù)處理后低溫脫水的水曲柳種子胚和胚乳中抗氧化酶活性和丙二醛含量

表5 不同預(yù)處理后低溫脫水的水曲柳種子胚和胚乳中可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量

3 討論

植物體的許多生理代謝過程都受到鈣的調(diào)節(jié)，尤其在環(huán)境脅迫下，鈣和鈣調(diào)素通過參與脅迫信號(hào)的感受、傳遞、響應(yīng)與表達(dá)來提高植物的抗逆性(宗會(huì)等， 2001； 劉小龍等， 2014)。許多研究也證實(shí)氯化鈣處理種子可提高其耐脫水性(Songetal.， 2002； 錢春梅等， 2004； 向旭等， 1997)。ABA能誘導(dǎo)種子脫水過程中Lea基因的表達(dá)，種子脫水耐性與種子的ABA含量呈高度正相關(guān)(宗梅等， 2011)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ABA預(yù)處理后，可以提高植物組織的脫水耐性(劉福平， 2011； 楊曉泉等， 1998)。糖類在種子脫水過程中能起到保護(hù)作用(楊期和等， 2003； Stanisetal.， 2009； Blacketal.，l996； Blackmanetal.， 1992)，可以提高植物組織或種子的脫水耐性。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過10-3mol·L-1氯化鈣和10-6mol·L-1ABA預(yù)處理后，顯著提高了種子低溫(5 ℃)下再脫水后的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，縮短了發(fā)芽時(shí)間； 經(jīng)過100 g·L-1的蔗糖預(yù)處理后，顯著提高了種子低溫(5 ℃)下再脫水后的發(fā)芽率，但在提高發(fā)芽指數(shù)和縮短發(fā)芽時(shí)間上并沒有明顯效果。這些結(jié)果驗(yàn)證了本研究的假設(shè)： 適宜濃度的ABA、糖和氯化鈣預(yù)處理能夠提高水曲柳種子低溫脫水后的萌發(fā)能力。

種子脫水過程中，糖類、LEA蛋白、親水脂分子和油素蛋白等脫水保護(hù)性物質(zhì)會(huì)迅速被誘導(dǎo)并積累(楊曉泉等， 1998； 宋松泉等， 1999； 李永紅等， 2009； 李煦等， 2011)。本研究結(jié)果表明，氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理，顯著提高了胚中可溶性糖的含量。據(jù)報(bào)道，禾谷類、大豆(Glycinemax)、花生(Arachishypogaea)等種子發(fā)育和萌發(fā)過程中脫水耐性的變化都和蔗糖、棉子糖、水蘇糖等可溶性糖有關(guān)(Blacketal.， 1996； Blackmanetal.， 1992； 楊曉泉等， 1998)，還有研究利用轉(zhuǎn)基因煙草材料直接證明了可溶性糖與脫水耐性的關(guān)系(Holmstr?metal.， 1996)。有研究表明，自由基會(huì)在脫水敏感的組織干燥時(shí)損傷細(xì)胞，蔗糖和其他還原糖可以很好地清除自由基(Leprinceetal.， 1990)。糖類在種子脫水過程中的保護(hù)作用還可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)： 1)脫水時(shí)，糖中的羥基可以代替膜、酶、蛋白質(zhì)和其他大分子中的水分來提高膜、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和酶的穩(wěn)定性(Croweetal.， 1988)； 2)脫水時(shí)，水蘇糖和棉子糖可以防止蔗糖因結(jié)晶而形成玻璃化狀態(tài)，阻止膜的融合并防止?jié)B漏(Koster， 1991)。綜上所述，水曲柳種子經(jīng)適宜濃度的氯化鈣、ABA或蔗糖預(yù)處理后低溫脫水過程中脫水保護(hù)功能的提高可能與可溶性糖的增加有關(guān)，通過可溶性糖的積累提高了蛋白質(zhì)和膜的穩(wěn)定性，維持了它們?cè)诿撍稍餇顟B(tài)下的功能，增強(qiáng)了自由基清除能力，從而使種子能夠抵御脫水的傷害，保持高活力水平。

4 結(jié)論

適宜濃度的氯化鈣(10-3mol·L-1)、ABA(10-6mol·L-1)和蔗糖(100 g·L-1)預(yù)處理能夠提高水曲柳種子低溫脫水后的萌發(fā)能力。氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理能夠顯著提高低溫脫水條件下種子胚中的抗氧化系統(tǒng)酶活性，更好地維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，降低細(xì)胞的離子外滲和MDA含量，提高種子在低溫條件下的耐脫水性。氯化鈣、ABA和蔗糖預(yù)處理后低溫脫水過程中種子胚中可溶性糖含量顯著增加，這可能是種子低溫條件下脫水保護(hù)功能提高的原因之一。

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1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，腦癱嚴(yán)重程度、家庭經(jīng)濟(jì)狀況、戶籍、出生排序、兒童年齡、兒童性別、康復(fù)時(shí)長、父親文化水平、父親工作、主要照顧者、母親文化水平、母親工作12項(xiàng)因素是分類變量，為自變量；腦癱兒童家長PHQ-9和GAD-7問卷結(jié)果是等級(jí)資料，為因變量。腦癱兒童家長抑郁和焦慮之間的相關(guān)性采用Spearman等級(jí)相關(guān)分析。12項(xiàng)因素對(duì)腦癱兒童家長抑郁和焦慮的影響采用最優(yōu)尺度回歸分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

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(責(zé)任編輯 徐 紅)

Effects of CaCl2, ABA or Sucrose Pretreatment on Germination of Dormancy Released Seeds ofFraxinusmandshuricaDehydrated at Low Temperature

Zhang Peng Zhao Tongtong Li Mingyue Wu Lingdong Shen Hailong

(SchoolofForestry,NortheastForestryUniversityHarbin150040)

【Objective】 We compared the effects of CaCl2, ABA and sucrose pretreatment on germination ofFraxinusmandshuricadormancy-released seeds dehydrated at low temperature, and explored the intrinsic physiological changes of seeds during dehydration under different pretreatment conditions to reveal the physiological mechanism of regulation and control of seed desiccation tolerance.【Method】 The dormancy released seeds ofF.mandshuricawere used to investigate seed germination ability after dehydration at low temperature(5 ℃) pretreated by different concentrations(10-2, 10-3, 10-4, 10-5mol·L-1) of CaCl2solution, different concentrations(10-3, 10-4, 10-5, 10-6mol·L-1) of ABA solution or different mass concentrations(1, 10, 50, 100 g·L-1) of sucrose solution for 24 hours，the seeds were soaked in distilled water for 24 hours as control. According to the above experimental result, the best treatment concentration to improve the seed germination ability, CaCl210-3mol·L-1, ABA 10-6mol·L-1and sucrose 100 g·L-1, were selected respectively. Then, the seeds dehydrated at low temperature after pretreating with the selected solution for 24 hours were used for this study, and the seeds soaked in distilled water for 24 hours were used as control, the effects of different pretreatment methods on seed cell membrane permeability, antioxidant enzyme activity and storage material metabolism were analyzed by measuring the relative electrical conductivity, the activities of antioxidant enzymes (SOD, POD and CAT), the malondialdehyde (MDA) content, soluble sucrose, soluble protein and starch content in the seeds.【Result】 Pretreatment of 10-3mol·L-1CaCl2or 10-6mol·L-1ABA could significantly improve the germination rate and germination index of the seeds after dehydration at low temperature (5 ℃), and shorten the seed germination time; pretreatment of 100 g·L-1sucrose could significantly improve the seed germination rate after dehydration at low temperature (5 ℃), but had no significant effect on the germination index and the germination time. For the seeds pretreated with 10-3mol·L-1CaCl2, the SOD activity in embryos was significantly increased after dehydration at low temperature (5 ℃), and the relative electrical conductivity and MDA content in seeds were significantly decreased; For the seeds pretreated with 10-6mol·L-1ABA, the POD activity in embryos was significantly increased after dehydration at low temperature (5 ℃), and the relative conductivity and MDA content in seeds decreased significantly; For the seeds pretreated with 100 g·L-1sucrose, the SOD and POD activity in embryos were significantly increased after dehydration at low temperature (5 ℃), the relative conductivity and MDA content in seeds decreased significantly. CaCl2, ABA and sucrose pretreatment significantly reduced the soluble protein content, and increased the content of soluble sugar in seed embryo and endosperm.【Conclusion】 The appropriate concentration of CaCl2(10-3mol·L-1), ABA(10-6mol·L-1)and sucrose (100 g·L-1) pretreatment (especially CaCl2or ABA pretreatment) can improve the germination ability ofFraxinusmandshuricaseeds after dehydration at low temperature. Under low temperature dehydration conditions, CaCl2, ABA and sucrose pretreatment can significantly improve the antioxidant system enzyme activity in the seed embryo, better maintain the integrity of cell membrane structure, reduce ion leakage and MDA content of cells. But the antioxidant enzyme activities in different pretreated seeds were different. Pretreatment with CaCl2was more beneficial to improve the activity of SOD in embryos, and ABA pretreatment was more beneficial to improve the activity of POD in embryos, while sucrose pretreatment increased the activity of SOD and POD in embryos at the same time. The improvement of the protective function in the low temperature dehydration process by pretreatment of CaCl2, ABA and sucrose was probably related to the increase of the soluble sugar in embryos.

CaCl2； ABA； sucrose； dehydration tolerance； seed germination ability； cell membrane permeability； antioxidant enzyme activity

10.11707/j.1001-7488.20170706

2016-10-13；

2016-11-25。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31000301)。

S718.43

A

1001-7488(2017)07-0054-08